đo độ cứng

Các phương pháp đo độ cứng Rockwell, Brinell và Vickers

Độ cứng là một thuộc tính cơ bản của vật liệu, thuật ngữ độ cứng phản ánh tính chịu uốn, mài mòn, trầy xước của vật. Cùng với sự phát triển của khoa học vật liệu đã có rất nhiều phương pháp đo độ cứng ra đời. Bài viết này chúng tôi xin giới thiệu một số phương pháp đo độ cứng thường được biết đến, đặc biệt ứng dụng cho lĩnh vực vật liệu kim loại.

Ngày nay, các phương pháp đo độ cứng thường sử dụng một đầu thử (có hình dạng đặc biệt và có độ cứng hơn mẫu đo) ấn tác động lên bề mặt mẫu thử. Theo đó trị số độ cứng được tính toán trên cơ sở lực tác động và độ sâu hoặc kích cỡ của vết lõm. Có 3 phương pháp đo độ cứng được biết đến nhiều nhất là là Brinell, Vicker và Rockwell và để đo vật liệu chất dẻo như cao su, polyme với phương pháp Shore.

Phương pháp đo độ cứng Rockwell

Phương pháp đo độ cứng Rockwell

Là phương pháp đo độ cứng bằng cách tác động làm lõm vật thử với một đầu thử kim cương hình nón hoặc bi thép cứng. Quy trình đo cơ bản như sau : tác động đầu thử vào vật mẫu với một lực tối thiểu, thường là 10kgf. Khi đạt độ cân bằng, thiết bị đo (theo dõi dịch chuyển của đầu đo và các phản hồi về thay đổi chiều sâu tác động của đầu đo) ghi lại giá trị xác định. Tiếp đến, trong khi vẫn duy trì lực tác động tối thiểu, người ta tác động thêm một lực tối đa. Khi đạt được độ cân bằng, thôi tác động lực tối đa nhưng vẫn duy trì lực tác động tối thiểu ban đầu. Khi lực tối đa được thu về, độ sâu vết lõm trên bề mặt vật thử sẽ được phục hồi một phần.

Độ sâu vết lõm còn lại (kết quả của phát và thu lực tối đa) được sử dụng để tính toán độ cứng Rockwell.

Có nhiều thang đo độ cứng Rockwell, ký hiệu là HRA, HRB, HRC, … tuỳ thuộc vào loại và kích thước đầu đo cũng như giá trị lực tác dụng được sử dụng.

* HRA . . . . carbides, thép tôi cứng bề mặt

* HRB . . . . Phôi đồng đỏ, thép mềm, phôi nhôm, gang mềm…

* HRC . . . . Thép, gang cứng , thép tôi hoặc các vật liệu cứng hơn 100 HRB

* HRD . . . . Thép mỏng, gang mềm

* HRE . . . . Gang, nhôm , kim loại ổ bi

* HRF . . . . Kim loại tấm có chiều dày mỏng

* HRG . . . . Đồng phốt pho, beryllium copper,Thiếc, chì …

* HRM . . . . Kim loại ổ bi mềm, nhựa, các vật liệu cực mỏng

Ví dụ như thép tôi được thử ở thang đo C với đầu thử kim cương và lực tác động tối đa 150kg sẽ nằm trong khoảng HRC 20 tới HRC 70. Với các vật liệu mềm hơn được thử ở thang đo B bi thử đường kính 1/16 inch và lực thử tối đa 100 kg, kết quả đo trong phạm vi HRB 0 tới HRB 100. Thang đo A (với đầu thử kim cương và lực thử tối đa 60kg) thường dùng dải phạm vi vật liệu đồng nhiệt luyện tới carbide.

Kiểm tra độ cứng theo phương pháp Rockwell cho kết quả nhanh và chính xác. Vết lõm bằng phương pháp thử này thường rất nhỏ, do đó chi tiết sau nhiệt luyện có thể thử độ cứng bằng phương pháp này mà không bị hư hại.

Phương pháp đo độ cứng Brinell

Phương pháp đo độ cứng Brinell

Đây là phương pháp đo độ cứng do J.A. Brinell đưa ra vào năm 1900, sử dụng một viên bi thép có đường kính 10mm với lực ấn 3000 kg ấn lõm vào bề mặt kim loại. Đối với các kim loại mềm, lực ấn sẽ được giảm xuống 500kg, còn đối với các kim loại cực cứng, sẽ sử dụng đến bi thử cardbide tungsten để giảm thiểu biến dạng đầu thử. Lực tác động toàn phần sẽ được duy trì trong khoảng 10 – 15 giây đối với thử độ cứng của gang và thép, và tối thiểu 30 giây với các kim loại khác. Đường kính của vết lõm trên bề mặt vật liệu thử được đo bằng kính hiển vi.

Độ cứng Brinell được thiết bị đo tự động tính toán và cho ra kết quả. Thông số độ cứng Brinell thường được viết liền với các điều kiện thử (Ví dụ 75HB 10/500/30 có nghĩa là độ cứng Brinel 75 đo được khi sử dụng bi thử đường kính 10mm, lực thử 500 kg tác động trong vòng 30 giây). So với các phương pháp thử độ cứng khác, bi thử Brinell tạo ra vết lõm sâu và rộng nhất, do đó phép thử sẽ bình quân được độ cứng trên một phạm vi rộng hơn của vật đo. Đây là phương pháp tối ưu để đo độ cứng cho khối vật liệu hoặc hoặc độ cứng tổng thể của một loại vật liệu, đặc biệt là vật liệu có cấu trúc không đồng đều. Các vết xước và độ nhám bề mặt hầu như không ảnh hưởng tới phép thử Brinell. Tuy nhiên phương pháp thử này không phù hợp với đo các vật thể nhỏ.

Phương pháp đo Độ cứng Vickers

Phương pháp đo độ cứng Vickers

Phép kiểm tra độ cứng Vickers được phát minh vào năm 1922 bởi kỹ sư Smith và Sandland, tại vương quốc Anh. Như là một sự thay thế cho phương pháp đo độ cứng Brinell. Chỉ số độ cứng được quyết định bởi trọng lượng trên diện tích bề mặt của vết lõm

Các tính toán của phép kiểm tra độ cứng Vickers không phụ thuộc kích cỡ của đầu thử. Đầu thử có thể sử dụng cho mọi loại vật liệu. Phép thử này sử dụng một mũi thử kim cương hình chóp 4 cạnh có kích thước tiêu chuẩn, góc giữa các mặt phẳng đối diện là 136o(±3o). Mũi thử được ấn vào vật liệu dưới tác dụng của các tải trọng 50N, 100N, 200N, 300N, 500N, 1000N. Sau khi cắt tải trọng, tiến hành đo đường chéo D1, D2 của vết lõm, và tra theo bảng sẽ có trị số độ cứng Vickers (hoặc giá trị cho trên màn hình nếu dùng máy hiển thị số).

Độ cứng Vickers tính bằng F/S. Lấy lực thử F chia cho diện tích bề mặt lõm S. Bề mặt lõm S được tính theo độ dài trung bình hai đường chéo d. Bề mặt lõm được tạo thành khi tác dụng một lực vào mẫu thử với mũi đột kim cương, hình chóp.

Ưu điểm Nhược điểm
– Có thể so sánh với nhiều tải trọng
– Một phương pháp cho tất cả vật liệu
– Có thể kiểm tra diện tích nhỏ
– Yêu cầu phải chuẩn bị mẫu kỹ càng
Video chi tiết cách đo độ cứng theo 3 phương pháp Rockwell, Brinell, Vickers

Phương pháp đo độ cứng Shore

Phương pháp đo độ cứng SHORE được phát triển vào những năm 1920, ông Albert F. Shore đã phát minh ra thiết bị đo lường tên Durometer. Phương pháp đo độ cứng theo Shore đo độ cứng trong điều kiện đàn hồi của vật liệu. Chuyên dùng để đo những chất dẻo như polyme hay cao su.

Độ cứng shore là đơn vị đo của độ bền vật liệu chống lại lực ấn từ các mũi thử. Trị số càng cao thì độ bền càng cao.

Độ cứng Shore sử dụng thang đo Shore A hoặc Shore D, là phương pháp sử dụng cho cao su và vật liệu đàn hồi và cũng thường được sử dụng cho những chất liệu nhựa mềm hơn như là : polyolefins, fluoropolymers, và vinyls. Thang đo Shore A được sử dụng cho những vật liệu bằng cao su mềm, còn thang đo Shore D sử dụng cho vật liệu cứng hơn. Độ cứng Shore A liên quan đến những vật liệu đàn hồi như cao su và nhựa dẻo có thể được xác định với một dụng cụ được gọi là máy đo dộ cứng Shore A . Nếu đầu đo hoàn toàn xuyên qua mẫu thử thì nó đạt giá trị là 0, còn nếu không có sự xuyên qua thì đạt trị số là 100. Trị số này không có thứ nguyên.

Bảng 2 dải đo độ cứng Shore:

Shore A3035404550556065707580859095100
Shore D678101214161922252933394658

Phạm vi ứng dụng của các phương pháp đo?

Vậy thì mỗi phương pháp đo khác nhau sẽ ứng dụng cho các trường hợp thực tế ra sao? Lựa chọn phương pháp đo nào cho phù hợp với yêu cầu?

Đối với phương pháp đo Rockwell:
·        Đây là phương pháp đo độ cứng phổ biến, ứng dụng rộng rãi nhất cho nhiều chi tiết với vật liệu, kích thước và hình dạng khác nhau
·        Chiếm khoảng 80% trong 3 phương pháp đo độ cứng trên
·        Độ chính xác khá cao, ứng dụng cho các yêu cầu đo độ cứng thông thường.
Đối với phương pháp đo Vickers:
·        Chuyên dùng để đo độ cứng các chi tiết nhỏ, vật liệu mỏng
·        Đo các bề mặt vật liệu mạ phủ
·        Phương pháp có độ chính xác cao nhất nên giá máy đo Vickers thường là cao nhất
Đối với phương pháp đo Brinell:
·        Chuyên dùng để đo các chi tiết lớn như khuôn, vật đúc, rèn,..
·        Độ chính xác không cao bằng 2 phương pháp trên
·        Không dùng đo độ cứng được cho chi tiết nhỏ, mỏng
·        Không ảnh hưởng bởi độ nhám bề mặt của vật cần đo

Kết luận

Trên đây là các phương pháp đo độ cứng phổ biến nhất. Chúng tôi hy vọng qua bài viết này bạn có thêm nhiều hiểu biết về vấn đề này.
Rất cảm ơn bạn đọc đã quan tâm đến bài viết này, nếu thấy hay thì đừng quên chia sẻ nhé!

One thought on “Các phương pháp đo độ cứng Rockwell, Brinell và Vickers”

  1. Cảm ơn tác giả về thông tin rất hữu ích

    Cho em xin hỏi 1 câu là việc đo độ cứng này có bị ảnh hưởng bới biên dạng của vật cần đo không ạ

    Ví dụ : kết quả test độ cứng của 2 thanh đồng có cùng kích thước
    Tuy nhiên 1 thanh là đặc và 1 thanh rỗng bên trong

    Em cảm ơn !

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.